Die Zusammenarbeit zwischen den Teams soll es ermöglichen, fundamentale Themen wie die Präzisionsmessungen der Zeit, von Naturkonstanten und Symmetrietests anzugehen. Es geht darum, Antworten auf die grundlegendsten Fragen der heutigen Physik zu finden.
Eine dieser Fragen betrifft das Fehlen von Antimaterie im Universum. Dieser Umstand weist auf einen subtilen Unterschied zwischen Materie und Antimaterie hin, der dem derzeitigen Verständnis der Entstehung des Universums erheblich widerspricht. Eine andere Frage befasst sich damit, ob fundamentale physikalische Konstanten in der Zeit kleinsten Veränderungen unterliegen können.
„Das TCFS ist eine einzigartige Plattform, um die herausragende Expertise der Forscher zu bündeln und Fragen von großer wissenschaftlicher Bedeutung zu beantworten“, sagt Prof. Dr. Klaus Blaum, Direktor am MPIK und einer der Sprecher des Zentrums, über die Forschungskooperation.
Das vielfältige Forschungsprogramm zielt auf die Entwicklung verbesserter optischer Uhren auf der Basis von atomaren Ionen, Wasserstoff, Nukleonen und hochgeladenen Ionen. Darüber hinaus eröffnet die versammelte Expertise die Möglichkeit, Messungen grundlegender physikalischer Konstanten wie der Elektronenmasse, der Feinstrukturkonstante, der Rydberg-Konstante oder der Kernradien zu verbessern. Auch kann nach neuen physikalischen Phänomenen wie einer fünften Fundamentalkraft gesucht werden.
Um die wissenschaftlichen Ziele zu erreichen, sollen fortschrittliche Experimente aufgebaut werden, die Messungen mit höchster Präzision und auf kleinstem Zeitmaßstab erlauben. „Innerhalb von TCFS hat sich eine Konstellation von weltweit führenden Forschern gefunden, die in einzigartiger Weise in der Lage sind, die gesteckten wissenschaftlichen Ziele erfolgreich umzusetzen", sagt PD Dr. Ekkehard Peik, leitender Wissenschaftler der PTB, ein weiterer Sprecher von TCFS.
Darüber hinaus erlaubt die Zusammenarbeit auch die Suche nach „Dunkler Materie“. Dies ist eine Substanz, von der bekannt ist, dass sie den größten Teil der Materie im Universum ausmacht, die jedoch nicht direkt nachgewiesen werden kann; ihre grundlegende Natur ist somit unbekannt. Für die Suche nach Dunkler Materie werden neuartige Experimente konzipiert. „Die vielfältigen Kompetenzen und Methoden der Experten innerhalb von TCFS lassen hier erhebliche experimentelle Fortschritte erwarten", sagt Prof. Dr. Stefan Ulmer, Chief Scientist am Hochenergiephysiklabor RIKEN in Japan und gleichzeitig Professor am Institut für Experimentalphysik der HHU. Er ist der dritte Sprecher des Forschungszentrums.
Die Initiative zur Gründung des MPG-PTB-RIKEN-Zentrums im Jahr 2019 ging vom MPIK und RIKEN aus, um bestehende Kooperationen zusammenzuführen. Partner sind die Max-Planck-Institute für Kernphysik und für Quantenoptik, die Physikalisch-Technische Bundesanstalt sowie das RIKEN. Über Prof. Ulmer ist auch die HHU beteiligt. Die wissenschaftlichen Aktivitäten werden am MPIK durch Dr. Andreas Mooser koordiniert.
Wissenschaftliche Ansprechpartner
Prof. Dr. Klaus Blaum, MPIK
Prof. Dr. Thomas Udem, MPIQ
PD Dr. Ekkehard Peik, PTB Department time and frequency
Prof. Dr. Stefan Ulmer, RIKEN Fundamental Symmetries Laboratory und HHU
